Modelo probabilístico aproximado del tráfico de señalización de redes de datos celulares

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(1),. TECNOLOGICO DE MONTERREY(~). TESIS presentada al. Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey Campus Ciudad de México para la obtención del grado de. MAESTRO EN ADMINISTRACIÓN DE LAS TELECOMUNICACIONES por. Mayra Jeniffer Díaz de la Fuente Estrada. •. ' ~.". .. , ' ......... , ECt-,.;. •'"-':.t,1~0. DE. r,,o,.,. •EflREV. ------------------B-..iblioteca Modelo probabilístico aproximado del tráfico de señalización de redes de datos celulares. Campm Ciudad . . . ...,. Defendida el de 02 de Mayo del 2012 ante el comité de tesis: Asesor: Dr. Francisco Javier Cuevas Ordaz Coasesor: Mtra. Martha De Gante Sinodales: Dr. Luis Jaime Neri Vitela Dr. Víctor Manuel de la Cueva Hernández Dr. Raúl Morales Salcedo. Profesor del ITESM-CCM Profesor del ITESM-CCM Profesor del ITESM-CCM Profesor del ITESM-CCM Profesor del ITESM-CCM. Trabajo efectuado al seno de la Escuela de Graduados en Ingeniería y Arquitectura del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey Campus Ciudad de México..

(2) ,. Indice. Introducción .............................................................................................. 1 Capítulo I QoS VS QoE ................................................................................. 4 l. l DefiniendoQoS ............................................................................ 5 l.2 Evaluación de QoS en una red celular de datos ................................. .. .... 6 l.3 Definiendo QoE ........................................................................... l O Capítulo II Análisis de Cuello de Botella........................................................... 12 2.1 Análisis de cuello de botella ............................................................ 13 2.1.1. Análisis de Transacciones por segundo para un equipo de 2G ........ 18. 2.1.2. Análisis de Transacciones por segundo para un equipo de 3G ....... 23. Capítulo III QoS en LTE .............................................................................. 27 3.1 Definiendo LTE ........................................................................... 28 3.2 Beneficios de LTE ........................................................................ 30 3.3 Arquitectura LTE/SAE ........ . ......................................................... 31 3.3. l eNodeB ......................................................................... 31 3.3.2 MME .............................................. . ............................. 32 3.3.3 S-PW y P-GW ................................................................. 33 3.4 LTE QoS ................................................................................... 34 3.4. l Estructura del QoS en EPS ................................................... 36 3.4.2 Control de QoS en LTE ...................................................... 37 Capítulo 4 Modelo Matemático .................................................................... .41 4.1 Modelo Matemático .................................................................... .43 4.2 Modelo y simulaciones en Matlab ..................................................... 50 Conclusiones ........................................................................................... 54 Apéndices .............................................................................................. 56 Referencias ............................................................................................. 5 8.

(3) Introducción. El crecimiento de las redes celulares de datos en el mercado abre un área de interés en las telecomunicaciones, evaluar la experiencia diaria de los usuarios en el uso del servicio que las empresas de telefonía celular les brinda. Las personas hacen uso de las tenninales o dispositivos móviles en su vida diaria para llamadas de voz, mensajes de texto, mensajes multimedia, envío y recepción de correo electrónico, acceso a Internet, redes sociales, etc. Es por ello que a los operadores y proveedores de equipo de red les sería de gran utilidad correlacionar. la evaluación de la calidad de su servicio contra la evaluación de la. experiencia del usuario.. El objetivo del presente trabajo de investigación es obtener un modelo matemático que pennita representar cómo es afectada la calidad de experiencia de un usuario de una red móvil de datos en términos de tráfico de control (señalización). El tráfico en las redes celulares se divide en tráfico de control y tráfico de usuario. El tráfico de usuario es el throughput 1 que el usuario utiliza en una descarga/carga de datos. Y el tráfico de control son los mensajes de señalización que el modem ó tenninal utiliza para registrarse a la red, iniciar una sesión de datos y mantenerla activa incluso en movimiento geográfico del usuario.. La capacidad de un equipo se ha venido midiendo en términos de tráfico de usuario; sin embargo, con las tendencias que los mismos usuarios han venido introduciendo (movilidad, always on, etc ... ) ya no es suficiente medir esta capacidad en estos términos ya que los equipos pueden saturarse incluso antes de que el usuario obtenga la descarga/carga de datos, en la etapa del establecimiento del servicio ó incluso en el registro a la misma red.. 1. Medición de la velocidad de carga y desarga de datos en Mbps.

(4) Introducción. El Capítulo I se enfocará en describir lo qué son y cómo se miden QoS (Quality of. Service) y QoE (Quality of Experience). En este capítulo se definirá QoS en términos generales y luego en específico aplicado a las redes celulares de datos. Posteriormente, se definirá QoE y la importancia ele que los operadores evalúen su red tomando en cuenta este indicador. El presente documento inicia con la definición de estos dos ténninos con la finalidad de poner en contexto al lector de la importancia que tiene el medir la calidad de los servicios brindados por los operadores a los usuarios y más relevante aún la importancia de medir la perspectiva de los usuarios que no siempre coincidirá con los parámetro::; reales de la red.. En el Capítulo II se analizan los factores que provocan cuellos de botella en las redes de datos celulares actuales y futuras. Para esto se hablará acerca del proceso para la generación de una llamada de datos, así podremos ver los elementos de red involucrados en él y mostrar cuál de estos es el potencial cuello de botella y por qué. La importancia de encontrar el cuello de botella en las redes celulares actuales y futuras es el poder analizar en una perspectiva más real, desde el punto de vista del usuario final, cómo recibe el servicio el usuario. Con ésto los operadores de red podrán dimensionar de mejor manera la capacidad del equipo que sea el responsable de la mala experiencia del serv1c10.. El Capítulo III contendrá la explicación de la red celular LTE (Long Term Evolution) y QoS de la misma. Se mencionarán los equipos que intervienen en una red LTE y sus funciones. Además, se revisará cómo es que se tendrá cuidado en la QoS que se ofrecerá al cliente y se hará un breve comparativo con el manejo de QoS ofrecido en 3G (Tercera Generación de las redes móviles). Es importante notar que el tratamiento de QoS ha venido evolucionando conforme las exigencias de los usuarios han ido demandando de los servicios que se les proporciona. A través del tiempo los usuarios han exigido mayor movilidad, mayor disponibilidad de servicio, mayor velocidad de descarga y con esto los operadores han tenido que cambiar la forma de cuidar la calidad de servicio de su red.. 2.

(5) Introducción. El Capítulo IV se enfocará en el modelo probabilístico; es decir, la representación del tráfico en la red basado en Matlab y en sí es la aportación mayor de este trabajo de investigación. Se tomará el cuello de botella definido en el capítulo II y se incluirán gráficas y muestras tomadas aleatoriamente de un operador.. Finalmente se presentan las aportaciones de esta tesis y el apéndice que incluye el programa para la simulación en Matlab.. 3.

(6) Capítulo I QoS vs QoE. En este primer capítulo se revisarán a detalle los términos QoS y QoE, y los indicadores KPis (Key Performance Jndicators) para la evaluación en una red celular. Se incluirá una explicación breve de los equipos que actualmente participan en la generación de una llamada de datos para una red 2G/3G (Segunda y Tercera Generación).. Evaluar QoS en una red de datos celulares es importante para mantener monitoreada la calidad del servicio brindada al cliente (usuario final). La calidad de servicio es evaluada en términos de parámetros de los equipos de la red. Contrario a esto QoE evalúa la calidad de experiencia del cliente con parámetros que se basan en las percepciones del usuario final.. Evaluando ambos (QoS y QoE) los proveedores de telefonía celular podrán mantener satisfechos a sus clientes y por lo tanto adquirir un diferencial en el mercado lo que les permitirá incluso diferenciales en las tarifas ofrecidas para sus servicios.. Una forma de evaluar el QoS en los elementos de una red celular es con los K.Pls, estos no son más que indicadores del comportamiento de dichos elementos en la red, en este capítulo se describirán algunos de estos indicadores.. 4.

(7) Capítulo I QoS VS QoE. 1.1. Definiendo QoS. Empezaremos definiendo el término calidad, término que puede tomar diversos atributos dependiendo el contexto en el que se encuentre.. Relacionado a las redes de datos, calidad es usualmente usado para describir el proceso de entrega de datos.. Calidad es también usado para hacer referencia a características específicas de cierta red, aplicación o protocolos y su nivel de constancia; por ejemplo, tiempo de respuesta en aplicaciones interactivas.. QoS (Quality of Service) es un término más específico, usado para medir un conjunto de atributos asociados con un cierto servicio. En el caso de IP (Jnternet Protocol), QoS se refiere al tratamiento que se les da a los paquetes en cuanto a catalogación y optimización de los mismos [l], [23].. El término calidad de serv1c10 se define como "el efecto colectivo del desempeño. (performance) del servicio, el cual determina el grado de satisfacción del usuario de dicho servicio" [l], [13].. El concepto de QoS se introdujo a las redes porque existen usuarios que pagan por obtener un mejor servicio. QoS separa el tráfico de las redes en diferentes clases y los proveedores de red tienen diferente trato para los diferentes tipos de tráfico. Para lograr esto, se han ido introduciendo diferentes mecanismos en los equipos de red para transportar el tráfico basados en prioridades para que las diferentes aplicaciones no sean afectadas por condiciones de congestión de la red.. 5.

(8) Capítulo I QoS YS QoE. 1.2. Evaluación de QoS en una red celular de datos. Para evaluar QoS en las redes celulares se utilizan K.Pls. Los K.Pls son una medida de desempeño para parámetros predefinidos, miden el nivel de desempeño de un proceso, de forma que se pueda alcanzar el valor u objetivo fijado. Para el tema de redes de datos celulares se tienen ya KPls establecidos para evaluar el desempeño de la red los cuales serán definidos dentro de los capítulos siguientes.. Algunos de estos K.Pls utilizados en una red 2G/3G miden el desempeño y capacidad de la red y en la (Figura 1.1 a y Figura 1.1 b) se puede ver a detalle esta clasificación.. Desempeño Accesibilidad •. ATT ACH I SUCESS RATIO. •. PDP. (PACKET DATA. PROTOCOL). CONTEXT. 2. SUCCESS. RATIO •. Retención 3. CUT OFF RATIO. Capacidad •. PAPU CPU LOAD. •. TPS (TRANSACTIONS PER SECOND) THROUGHPUT. •. ATTACH & PDP CAPACITY. 1. Registro a la red de datos Adquisición de lP para navegación en la red de datos. apertura de la sesión de datos 1 · Corte de la llamada de datos 2. 6.

(9) Capítulo I QoS VS QoE. ATIACH SUCCESS RATIO. -o m ;;JJ "TI. POP SUCCESS RATIO. o. ;:1J. ~. )>. CUT OFF RATIO. z nm. PEAK LOAD. ATIACH & POP CAPACITY. Figura l.la Clasificación de KPis. MuyMalo. Figura 2.lb Clasificación de KPis. 7.

(10) Capítulo I QoS VS QoE. En una red 2G/3G los equipos que intervienen en el proceso para que un usuario final tenga servicio de datos se muestran en la (Figura 1.3).. PSTN. PSDN · Nodc,8. ers -. -1-. ..,.f/. su:ion. ese - Baw Suotion c.,.,,,o1a.,. ~·v·,.. •...... •. ~ C - --. SGSN - Sthif111 GPRS S - Noclt. SMCCltlftOC-. 6GSN - G.,•,uy GPIIS Suppo,1 Noclt. VLR - y,.ilo< LOUllim, R"11Í""r HLR - -1..oc.ati-. Regi>irr. AuC -A..- . _ _ , _ GMSC - Gaot-llSC. Figura 1.3 Equipos que intervienen el proceso de una llamada de datos para una red (tomada de 28) El SGSN (Service General Packet Radio Service Support Node) es el responsable de conectar la parte dé acceso/radio con el pac/cet core, específicamente el GGSN (Gateway. GPRS Support Node) para que éste último de acceso al móvil a la red de datos externa (ej.: internet). Además el SGSN realiza procesos de autenticación del usuario.. Ya que el. SGSN es el nodo que da acceso al paclcet core, reV1saremos los K.Pls. mencionados arriba en este nodo.. El SGSN cuenta con diferentes unidades, algunas de ellas con CPU. De estas unidades con CPU, existen algunas (servidores) que se encargan del procesamiento de datos y conversión de protocolos entre la parte de acceso y el packet core. Además maneja los procesos de MM (Mobility Management) y SM (Session Management).. Dos de los K.Pls que afectan directamente al desempeño del SGSN, en términos de capacidad, son TPS y carga en el CPU. Si estos dos KPis no se encuentran en valores óptimos afectarán el resto de los KPis de performance del equipo. 8.

(11) Capítulo I QoS VS QoE. Las TPS se definen como transacciones por segundo que realiza el usuario y recibe el SGSN (en especifico los servidores). Estas TPS son la sumatoria de eventos de movilidad y de sesión. Las transacciones de movilidad incluyen attach, detach y RAU 4 (Relocation. Area Update). Las transacciones de sesión incluyen activación, desactivación y modificación de PDP context.. TPS. TOT. = TPSMM + TPSsM. TPSMM = A TT ACH + DET ACH + RAU TPSsM = PDP CTXT ACT + PDP CTX DEACT + PDP CTXT MOD. Estas transacciones son tráfico de control o señalización ya que no manejan el tráfico de usuario lo cual involucraría que el usuario baje o suba información o descargue datos de una página de intemet.. Si estos eventos de señalización sobrepasan un límite recomendado establecido por SGSN o unidad de procesamiento (dependiendo del tipo de hardware, versión software, mix de tráfico 2G o 3G o 2G/3G) el CPU de estas unidades se incrementará hasta llegar al 100% de su capacidad.. Llegando a este punto, la unidad empezará a rechazar peticiones de inicio de sesión de los usuarios aunque en la red aun se tengan recursos suficientes para atender estas solicitudes, creando un "cuello de botella".. La carga en el CPU de las unidades es afectada principalmente por las TPS, como se explicó anteriormente, y por algunos otros procesos que maneja la unidad.. En el siguiente capítulo se evaluarán mas a detalle estos KPls y cómo afectan al desempeño del SGSN provocando un "cuello de botella" y por lo tanto, una mala experiencia para el usuario final.. 4. Reubicaciones solicitadas cuando el móvil cambia de área de cobertura. 9.

(12) Capítulo I QoS VS QoE. 1.3. Definiendo QoE. La QoE (Quality of Experience) a diferencia de la QoS, que evalúa parámetros objetivos, se enfoca en evaluar la percepción del usuario del servicio que está usando, es decir parámetros subjetivos [ 14], [ 15], [ 17].. QoE, por ejemplo para redes celulares de datos, evalúa qué tan satisfecho se encuentra el usuario final de un dispositivo móvil con la tecnología del mismo: rapidez de establecimiento de llamada, calidad de la voz (en caso de llamada), tiempo de transferencia de datos, desconexiones imprevistas, etc. Experiencia del usuario es enfocarse en cómo los individuos son intrínsecamente motivados a usar la tecnología en el móvil; es decir, cómo un usuario dependiendo del buen o mal servicio recibido se motiva a seguir usando éste [2], [3].. Comúnmente para evaluar la QoE de un servicio se utilizan mediciones de percepción como excelente, muy bueno, bueno, regular, malo, muy malo y pésimo [10], [4], [5]. Estas mediciones son convertidas a escalas numéricas [ 1 1]. Para obtener un resultado de la QoE de cierto servicio, se utilizan métodos como encuestas y/o cuestionarios aplicados a cierta muestra significativa de personas como el MOS (Mean Opinion Score) que se utiliza para evaluar la calidad de la voz [12], [16], [19], [20], [21].. La evaluación de QoE es muy complicada ya que involucra además de parámetros de la red [9], [ 18], factores ajenos a ella como lo son las emociones de los individuos que están haciendo uso del servicio; es decir, involucra aspectos subjetivos en su evaluación. El concepto de QoE puede incluir cuatro elementos principales:. •. el usuario. •. el producto y/o servicio (comprendiendo aspectos técnicos). •. el proceso de uso. •. el contexto [8]. 10.

(13) Capítulo 1 QoS VS QoE. "QoE son sensaciones, percepciones y opiniones de las personas que interactúan con un servicio" [l]. "QoE es una medida de desempeño (performance) de los niveles end-to-end (extremo a extremo) desde la perspectiva del usuario" [l].. Evaluar dicha experiencia del usuario es importante debido a que "QoE es la única forma de evaluar lo que el cliente realmente quiere y/o necesita del servicio y si éste se lo está brindando" [l]. Con los resultados de una buena evaluación o forma de medir QoE se pueden tener importantes acercamientos para diseño, desarrollo y evaluación tecnológica [2].. Actualmente la satisfacción del usuario se ha vuelto uno de los puntos más importantes para los proveedores de servicio de redes celulares. Sin embargo, las mediciones para evaluar la calidad de la red están definidas en términos de capacidad y parámetros de red (QoS), no en términos de satisfacción del usuario (QoE) [7].. Si bien es cierto que los operadores en conjunto con los proveedores de redes celulares tienen ya establecidos los K.Pls para la medición de QoS de su red, tienen dificultad para correlacionar los valores de los K.Pls contra la percepción del usuario final. Lo deseable sería que los operadores y proveedores pudieran evaluar lo que quieren decir los valores de los K.Pls en términos no técnicos medibles por el cliente o usuario final del servicio.. Algunos operadores basan sus cálculos de la capacidad de la red, sólo en el tráfico de usuario, sin tomar en cuenta que en estos días el movimiento continuo del usuario y las aplicaciones que se utilizan actualmente generan una cantidad considerable de tráfico de señalización o de control.. 11.

(14) Capítulo 11 Análisis de Cuello de Botella En este capítulo se analizará el cuello de botella en las redes celulares actuales y futuras. Entendemos por cuello de botella el fenómeno en donde el rendimiento ó capacidad de un sistema completo está severamente limitado por uno o varios componentes. El componente es generalmente llamado cuello de botella. Se dará una explicación del elemento que en nuestro caso es el identificado como cuello de botella, mostrando gráficas de los KPis vistos en el capítulo anterior que nos representan dicho fenómeno.. 12.

(15) Capítulo II Movilidad y Análisis de Cuello de Botella. 2.1 Análisis del cuello de botella. En la actualidad los usuarios de equipos móviles, realmente son usuarios móviles; es decir, llevan consigo dispositivos para envío y recepción de sus correos en sus teléfonos inteligentes, tabletas, utilizan tarjetas de conexión a Internet para sus Lap Tops y hacen uso de aplicaciones durante su trayecto diario, por ejemplo, de la casa a la oficina y/o escuela y de regreso.. Todos estos equipos generan una gran cantidad de tráfico de señalización entre la terminal y la estación base, así como en otros puntos de control en la red, específicamente el SGSN para 2G /3G (Figura 2.1) y su evolución el MME para LTE (Figura 2.2). Estos equipos de red hacen todo lo posible para tener a la terminal en sincronía con la red, para mantener el estatus y la ubicación del usuario y para conectarlo y reconectarlo a la red. Las configuraciones abajo mostradas, son las típicas generales para los proveedores de equipo de red.. Signalling and data Signalling. Extemal packet networ1<. IGP I- - lnter-PLMN backbone GPRS. Figura 2.1 Arquitectura 2G. Para 3G se cambia BSC (Base Station Controller) por RNC [tomada de 28). 13.

(16) Capítulo II Movilidad y Análisis de Cuello de Botella. o.,.. Figura 2.2 Arquitectura LTE EPS (Evolved Packet System) [tomada 22). Algunos de estos dispositivos, corno las tarjetas para Internet, permanecen conectadas hasta que el usuario termina la sesión; no importando que no esté utilizando los datos.. Cada vez que una terminal se registra en la. red o se desconecta genera tráfico de. señalización; así corno las peticiones de sesión, cancelaciones y modificaciones de 2G a 3G o viceversa. También generan tráfico de señalización las reubicaciones del usuario llamadas RAU (Relocation Area Update) para 2G/3G [31] y TAU (Tracking Area. Update,) para LTE [32]. Existen además mensajes de señalización para terminar una sesión. Y además los mensajes de keep alive usados para aplicaciones de cajeros automáticos para mantener viva la sesión.. Todos estos mensajes son mensajes de señalización que suceden en el plano de control y no de usuario y que deben ser tornados en cuenta para el dimensionamiento de la red en términos de capacidad de los equipos y sus procesadores o servidores. Estos mensajes generan una carga en los equipos de red que se encargan de la parte de control, y en un momento de saturación (p.e. hora pico de tráfico) podrían generar sobrecarga en las unidades de estos. Los resultados de esta sobrecarga se reflejan en el rechazo de peticiones de contexto y por ende en mala calidad del servicio ofrecido que experimenta el usuario.. 14.

(17) Capítulo II Movilidad y Análisis de Cuello de Botella. Por ejemplo, rechazo al abrir una página de intemet por el tiempo expirado en el intento. Es decir, la QoS ofrecida no se respetará en este momento de "cuello de botella" y el usuario experimentara un QoE deficiente.. Por lo tanto, para tener una red eficiente y ofrecer el QoS prometido a cada usuario y éste experimente el QoE esperado, se debe asegurar que las unidades que se encargan del plano. Mobility Management (Attach, Detach y RA U) y de. de señalización para realizar el. Session Management (PDP activation, modification y deactivation) no alcancen valores altos de CPU y por ende se saturen y rechacen peticiones de los usuarios.. El Attach (Figura 2.3) es el primer mensaje que tiene que ser enviado de la terminal móvil al SGSN cuando un usuario quiere conectarse a la red y ésta ejecuta acciones para verificar quién es la estación móvil, autenticar al usuario con el HLR (Home Location Register) y notificar qué le está permitido hacer. El mensaje de POP contiene el tipo de contexto, una dirección de POP, el nombre del punto de acceso (APN) y QoS.. Attach. Request _. AUTHENTICATION. Attach. --. Accept. -. -. Attach. Complete r. Figura 2.3 Proceso de Attach [tomada de 29]. 15.

(18) Capítulo II Movilidad y Análisis de Cuello de Botella. El PDP context activationldeactivation (Figura 2.4) se da una vez que el usuario está. attachado o registrado en la red, así puede entonces acceder a una red IP externa después de activar su contexto. La activación y desactivación de contexto son usadas para este propósito.. Actívate POP cont ext request ,'. ,'. Create POP context re quest ,. Create POP context re sponse , '. Activate POP cont iext accept '. -. '. Figura 2.4 Proceso de PDP context activation !tomada de 29). El proceso de RAU (Figura 2.5), puede ser generado entre diferentes SGSNs de la misma o diferente tecnología 2G o 3G o entre unidades del SGSN, ya que cada unidad puede atender a una o más BSC o RNC[30].. 16.

(19) Capítulo II Movilidad y Análisis de Cuello de Botella. RA Update request ,. SGSN context reqw st , SGSN context respc nse. ~--------------------. 1 1 1 1. AUTHENTICATION. --, 1 1 1 1. L-------------------- --'. POP context reque(~. -. POP context respor se 1 -------------------1 1 1 1. ---------------------. -. UPOATE LOCATION TO HLR. ·--------------------- --------------------- -. RA Update accept ~. RA Update complet ~ ,. Figura 2.5 Proceso de RAU [tomada de 29FJ. La carga en el CPU de estas unidades que se encargan de estos procesos de movilidad y sesión, depende de ciertas variables como son: la cantidad de usuarios attachados por cada unidad (capacidad) y las transacciones por segundo de Mobility Management y Session Management que estos usuarios contabilicen en la unidad (TPS).. A continuación se tomarán los datos reales de un operador para graficar las transacciones de 2G y 3G.. 17.

(20) Capítulo II Movilidad y Análisis de Cuello de Botella. 2.1.1. Análisis de Transacciones por segundo para un equipo de 2G. A continuación tomamos un equipo SGSN de una red 2G de un proveedor (las muestras son por periodos de una semana, por hora, del 24 de Febrero del 2011 al 2 de Marzo del 2011 ), dicho proveedor en las horas pico de tráfico reporta fallas en navegación de ciertos usuarios. Si analizamos las TPS de las unidades que les dan servicio a los usuarios de 2G en una de esas horas pico, podemos ver en la (Figura 2.6) que el número de TPS sobrepasa el máximo recomendado por SGSN de 1901 TPS [34] 1, recomendación basada en la versión de hardware y software que tenga el equipo. Estas TPS totales se dividen en procesos de movilidad y sesión, y estos a su vez de subdividen en attach, detach y RA U para movilidad y pdp context activation, modification y deactivation para sesión, como se había mencionado anteriormente.. 2G Transactions Per Second equipo "2G". 2.500. 2.000. (/). 1,500. o.. f-. 1.000. 500. o o o o. o o o. ci. o. o o o o. o o o o. o o o o. ~. ;:;. o. ~. o o o. .. ~. a,. g. ~ o o .,g 'o"' 'o"' 'o"' o. .. N N. o. o. N. -. N. ~. ~. ~. N. N. N. N N. g N. o M. o. PERIOD TIME. Figura 2.6 TPS para un SGSN 2G. 1. El número de TPS recomendado para Este equipo depende de la versión de HW (Hardware) y SW (Sofware). 18.

(21) Capítulo II Movilidad y Análisis de Cuello de Botella. Las TPS totales se obtienen sumando los eventos de MM más los eventos de SM. En (Figura 2. 7) podemos observar que los eventos de sesión son mayores que los de. movilidad.. 2GMM&SM TPS 1,400. ' .... ....... 1200 1,000. ·····, \ (/). 1-. I. 800. Cl.. ... 600 400 200. .. . o o o o. g. o o o o. o o o o. o o o o. o o o o. o o o o. ~. O. ~. ~. ~. -. o o o o. 6. o o o o. o o o o. o o o o. N. ~. ~. o o o o. i. .• ••• '. .. .... .... .... ... o o o. o o o. o o o. o o o. o o o. o. o. o. o. o. ~. •. ~. O. ~. o o o. o. =. o o o. o. ~. o o o Ñ. o. o o o. o o o o. ~. ~. o. o o o. o o o. ~. ~. g. ~ ~. ~. g. ~. s. ~. ~. ~. ~. g g g g. ~ ~. ~. ~. ~. ~. ~. g g g g g. ~. s. ~. ~. g g. ~. s. ~. ~. g g. 1" , ,. 1. .... ,'\. •• ••• 1. .. .. o o o. o o o. o o o. o o o. o o o. o o o. o o o. o o o. o o o. o o o. o. o. o. o. o. o. o. o. o. o. o. o. M. m. g. ~. O. ~. ~. ~. 6. N. ~. ~. -. ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~. s. r ._ ..... ~. s. ~. ~. - -. - - - -. ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ o g ~ g ~ ~ ~ ~ g ~ g g g ~ g. o o o o. g g. PERIOD TIME • • • • TPS_MM. -. - TPS_SM. Figura 2.7 TPS para un SGSN de 2G separadas por movilidad y sesión. Las TPS de MM se obtienen sumando los eventos de attach, dettach y RAU, en la (Figura 2.8) podemos ver que los eventos de RAU son predominantes, esto quiere decir que los. usuarios se mueven considerablemente y que casi no se realizan eventos de encendido o apagado del dispositivo correspondiente a attach y detach, respectivamente.. 19.

(22) Capítulo II Movilidad y Análisis de Cuello de Botella. 2GMMTPS ----. 700 600 500 11). ll. 1-. 400 300 200. ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~. ~ N. o. ~ ~ ~ ~ ~ N. o. N. o. N. o. N. o. N. o. ~ ~ ~ ~ N. o. N. o. N. o. N. o. ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ N. o. N. o. N. o. N. o. N. o. N. o. N. o. N. o. N. o. N. o. N. o. N. o. N. o. o oM. M. o. o. ó. ó. M. M. o. o. oM. o. ~ ~ ~ ~. M. o. M. o. M. o. M. o. ~. M. o. TIME • • • • • TPS_MM_Attach TPS_MM_ATIACH. - - - TPS_MM_Dettach TPS_MM_DETTA CH. - - TPS MM RAU TPS MM RAU. Figura 2.8 TPS de MM para un SGSN de 2G por evento. Las TPS de SM se obtienen sumando los eventos de PDP context activation, PDP context modification y PDP context deactivation. En una red 2G no existen modificaciones de contexto; por lo tanto no se ven eventos de éste tipo en la muestra. En la (Figura 2.9) podernos ver que los eventos de activación de contexto son por mucho dominantes sobre los de desactivación de contexto.. 20.

(23) Capítulo II Movilidad y Análisis de Cuello de Botella. 2G SM TPS. 1.200. (/). ~ 600. +-----'----- - -- - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - !. 400 - 1 - - - - - - - - - - - - - -- - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ' 200 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _____.;. o. o. o. o. 6. o o. o o o. o o o. o o o. • O. 00 O. N -. W. o. o. o. o o o. 6. o o. o o o. O N. O. ~. o. o o o. m. o. M -. ~. N. N. N. N. N. ~. ~. ~. ~. N. N. N. N. N. N. N. N. N. o. o. ~. o. o. o. o. o o o. o o o. -. N. N O. O. N. óN. N. óN. N. N. N. N. ~. ~. N. N. N. o. o o o. o o o. o o. ~. O -. -. N. óN. N. N. o. o o. ~. o. o. o. o. o. o. o. o o o. o o o. o o o. o o o. N N. M O. ~. -. ~. -. N. óN óN óN ó óN ó óN óN N N. N. N. m. o o o. o. o 6 o. O o. m. o. o. o. o o o. o o o. o o o. o o o. o o o. O O. ~. 00 O. N -. ~. O. o. o. o. o o o. o o o. o o o. O. O. ~. o. o o o. o. o. o. o. o. o o o. o o o. o o o. o o o. o o o. M -. ~. O. N. N O. O. óN. m. ~. o. o. o. o. o o. o o o. o O o. o o o. O -. ~. -. 00 -. N N. Q. - - - - - - o- - o- - -o - o- - - - - - - - - o- o- o- - o- o- o- - o- o- o- o- o- o- o- oóN. ~. o. o o o. oN- No- oN- No oN oN oN oN ~. o. o o o. -. ~. o. o. ~. o. O. N. o. O. N. o. ~. ~. N. N. o. o. ~. N. o. ~. o. o. o. ~. ~. N. N. o. o. O. -. -. -. N. N. óN. O. -. ~. ~. ~. ~. ~. ~. ~. N. N. N. N. N. N. O. O. O. O. O. O. O. O. O. ~. N. N. ~. N. N. ~. N. N. ~. N. N. ~. N. N. O. O. N. N. N. N. N. N. N. N. N. N. N. N. M. M. M. M. M. M. M. M. M. M. M. o. N. o. N. o. N. o. N. o. N. o. o. ~. o. ~. o. o. N. o. o. ~. o. ~. o. ~. o. ~. o. ~. o. ~. o. ~. o. ~. o. N. o. o. ~. o. N. ~. O. M. o. PERIODTIME - - • TPS SM POP OEACT TPS SM POP OEACT. -. TPS SM POP ACT TPS SM POP ACT. Figura 2.9 TPS de SM para un SGSN de 2G por evento. Una vez que hemos visto que el SGSN de 2G analizado anteriormente presenta un elevado número de TPS (por encima de los niveles mencionados), vamos a revisar cómo se encuentra el CPU de los procesadores de éste equipo. Este SGSN cuenta con 16 procesadores2, uno de ellos se encuentra de respaldo y los 15 restantes se encuentran activos. Por lo tanto, el número de TPS recomendadas por servidor sería:. TPS. por servidor=. 1901 / 15. =. 126.73 [6]. En la (Figura 2.10) podemos ver las TPS de uno de los servidores sobrepasando las 126.76 recomendadas y por tanto, el CPU alcanza picos de 100% de carga. Cuando las unidades llegan al 100% de la carga del CPU, empiezan a rechazar peticiones de contexto aunque el usuario esté registrado en la red.. 2 Se mencionan 16 servidores debido al proveedor del equipo; sin embargo éste número es variable dependíendo del mismo.. 21.

(24) N N. :?l 24/02/2011 0 7:00. ~. ~. N. ~. Q... ~. r:,:, ~ r:,:,. ~. Q... ..,o. Q... 3.. ~. = e: = "'. ~. ~. o. r". d. "ti. 25/02/201114 :00. 1. 1. ~. o o. TPS. o. V,. o. ....o. ~r o. ...,. VI. 28/02/201110:00 j 28/02/201115:00 ,_ o. ~. 3 \1.. i. ". ~. ~. o. aª·. a 5o,.. -¡¡. ....Cl .., "e. e. ~. 3 \1.. e. V,. o. o. V,. 2. VI. G). VI. ('I). -. 0. 0.. Qj. e. :::, 0.. Qj. :::,. e. :::,. 0.. ,-. e oQj. "ti. < VI n. :::, 0.. o. n. ('I). "ti. .,('I). VI. o :::,. !:!'.. ('I). ...,. VI Qj. n. 28/02/201 1 05:00. 1. Qj. :::,. 27/02/201118:00 28/02/2011. 27/02/2011 lJ:OO. 27/02/2011 08:00. 27/02/201103:00 ·. 26/ 02/201121.00. 26/02/201116:00. 26/02/201111 :00. "' 26/02/201106:00. 26/02/201101 :00. g 25/02/201119: 00 11. "'~. <. i!!. --3. J. 25/02/201104 : -., 25/02/2011 09 :00. ºº. 24/02/201122 :00. 24 / 02/201112 :00. !"' Q. o. o o. .,---1. 24/02/201102:00. 24 / 02/2011 l 7.00. ..... "'o O). 23/02/201120:00. I». e: ..,. (JQ. o. CPU LOAD (% ). N G). j. o. .. 23/02/201110: 23/02/201115:00. ºº. 23/02/2011 OS : 00. 23/02/2011 0 >·. o. ...,. "' [. ("). ~. o. ("I) to o ñ ¡;;-. o. ("I). (") ¡::. o. ("I). ¡¡; ·. V,. 6". '<. o: "'o.. ~-. ~ o. o. -. 'O.

(25) Capítulo II Movilidad y Análisis de Cuello de Botella. 2.1.2 Análisis de Transacciones por segundo para un equipo de 2G. De la misma forma que para 2G, analizaremos los datos pero ahora para un SGSN de 3G. En la (Figura 2.11) se muestra el comportamiento de TPS (las muestras se toman en intervalos de una hora por un periodo de una semana del 24 de Febrero del 2011 al 2 de Marzo del 2011) para un equipo SGSN con tráfico sólo de 3G, esté equipo no se encuentra sobrecargado y de acuerdo a su versión de HW y SW maneja un recomendado de 4400 TPS 3 [34]. 3G Transactions Per Second SGSN 3G. ---. 300. -. --. 250 200 (/). c.. 1-. 150 100 50 o o o. e, N N. oN. <ri N N. o. o o o o. e,. o o o. o o o. o. ;:::. ;:;. ;,;. o"'. o-. o. o. N. N N. N. ,._. N N. e,. o o o o. ;.¡. o o o o. o o o o. iri. ;.¡. N. N. N. <ri. <ri. <ri. o. o. -. o o- o- o N. ....N N. o. N. N. N. N. N. N. o. o. o. o o o. e,. o o o. e,. o o o. ,._e,. o o o. o o o. e,. e,. o. N. N. o. o. '.::'. N N. N. N. N N. N. o. N. N N. M. M. M. o -o o oo ,..;o o o. M. o. M. o. o. o. o. o. PERIODTIME. Figura 2.11 TPS para un SGSN de 3G. En la (Figura 2.12) podemos ver que los eventos de MM suceden en mayor cantidad que los eventos de SM; esto debido a que, en 3G los usuarios presentan una mayor movilidad. Dentro de los eventos de MM, el mayor número de transacciones son realizadas por RAU debido al movimiento de usuarios como se ve en la (Figura2. 13) y dentro de los eventos de sesión el mayor número de transacciones son realizadas por activación de contexto y modificación del mismo como se ve en la (Figura 2.14).. 3. Ídem. 23.

(26) Capítulo II Movilidad y Análisis de Cuello de Botella. 3GMM&SM TPS 160 140 + - - - ..~.-. .-. -. - - - -.~ . -. - .- - -- . ~.- - - - - - - - - - -.~ ..-. -..-. - - - --. ~ - - -.-.. .....-_..... . -.. . ... (/'/ 0.. 120 +-- - - ----,-----~- --',--- -....-- ·~··-··~· - -- +-,~ - - --+-~.--- - - -~ - -~ - -. 100 +---+---r,--,.;,- - ,.., : r ......,..a..c...c.¡:_ __ _ _ ,....;-_ __ _ __, _ __ _,...._ , - .~_ _i--_,'--"'r-- ---+~ +=-.,4'\'. _ ___.;.,.,__ , '_ .. -<Í: ; ro- -~ ~ - - ~ - -- - ..+-; ,.., •'.,,. 80 +--.,...__ _ _ _ _ :t _ ______,,;_, ___ _...,._~~ --. ~. ~. 60 - - - - ---'¼--L- - - - - -+-- - --+- +-- -----'i.---+- - ---+-- -4-- - --'\--- - - 40 - ~ - - - -,---'' - ; - - - ---;,-,..-. '. -----':-~ -. 20 - -- - - -- - -- - - --'-'- - - - - ~o o. g. g. g. g. g. o. o o. o o. "'. ;;. ...oo. ~. "'. o o. o o o o. g g N. o. o. o. o. o. o. o. ~. ~. N. N. "' N. "' N. ~. "'N. :s:. N. N. N. N. N. N. o. N. N. o. N. o. N. N. g. o. o. N. o. g g. , - - - - -...-'...,,..- - - - - - -- ~- - - -. ~ -- - --. g g. g. g. g. o o. o o. o. M. ;:;. ~. g. "' o. - - - - ',......~ - - -~ :\- - --. N. o. o. g g. g g. '.:. N N. ~ "' N. N. N N. N. o. o. o o o o ~. o. :,;. ~. ~. ó. ó. ó. o. o. "'o. "'o. M. M. M. o. N. o. o. N N. o. PERIODTIME ..... TPS_3G_MM. --· TPS_3G_SM. Figura 2.12 TPS para un SGSN de 3G separadas por movilidad y sesión. 3G MM TPS 90 80. t - - ---,..rl'r- - -.,.......,._½------.H -,,. - - - - - - - - - - - ---,hl'\-------,Mif\-------¡M--IJ.t-. 70 -l---- l'---. --+-- --+- --+-- --+- -+-- --+-l'+- - -l----. -+-. -. -+- --+-- --+--. -. -¼-. 60 +---+-- ----½- -+-- --+- -+-- --+- -+-- --1. - --+- ---1,----+-- --+----,t--- --t. en c.. 1-. 50 +--+-- ---1- -t--- ----½- -t--- --+- -t--- -+-- +-- - -i--- t--- ----t-- -t- -- 40 -l---. l-- ---41-----lf--~ - - - ---jf--- --+- ---lf--- -+-- +-- - -l-----lf--- -- - --+- - - -. 30 +----lf-"- - -1----+- - - ~---+--~-':-1---+- -":-:,---+----it--- - ~~--+--.'---1t---+-!-- - ~ 20 - --. +'-- - ---:<--1-.;.,_ - -4-~ +--+-"----. -. +--+-- - -- + -- -?'~. 10 .¡.....,""-'' - - - - -=,..,,~ - - -- --,;'--- - -'. ----il' - - -- - +""-~ - - -.......,,"-,;---,----''-""....,,__ _ __ 0. - f - r n ~ ~~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~~~n-n-n-n-n-n-n-n-n-n-mTmTmTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT T T T T T T T ~ ~ ~ ~TTTITTTITTTITTTI=. o o o. R. ~. o. N ~. N N. o. o. g. o o. o o o o. o o. o o. ~. o. "o. o o. o o o o. '". o. ¡;:¡. N. o. o N. N. N. o. o. ~. ~. á. N "'. "'. "' N. o. o. N. N. o. o o o o. ..;. N. g. o. g. N N. N. N. N. <O N N. o. o o. : o. N. :s;. "'o. o o o. o. ::. o. o o o o o. N. o. o. o. o. N <O N N. N N N. g. o o. o'". ~. o. .... o. o. o. N N N. N. N N. o o. o o. o. ... N. N N. o. o o. o. ~. o. ,,,o. o. o. ¡;:¡. o N. N. ~ ~o. o. o o N N. ¡;:¡. ., ., N N. o. :::. N. N. o. g o o. o. <O. ~. o. ¡;:¡. ¡;:¡. ¡;:¡. N. o M. o. o o. :: ~. o. N. N. N. o. o. o. "'o. "'o. o"'. PERIOD TIME -. TPS_3G_MM_RA U. • • · • · TPS_3G_MM_ATIACH. TPS_3G_MM_DETTACH. Figura2. 13 TPS de MM para un SGSN de 3G por evento. 24.

(27) Capítulo 11 Movilidad y Análisis de Cuello de Botella. 3G SM TPS. 60 •. -. 50 40 (/). ll. 1-. 30 20 10 o o o o. o o o. C). o o. ~. ~. o. ::. o o o. o. o o o. o. o o o o o. e. ~. g. o o o o .,;. PERIOD TIME. -. • • • · • TPS_3G_SM_M0D TPS_3G_SM_M0D. TPS_3G_SM_PDP_ACT TPS_3G_SM_PDP_AC T. - - ·TPS 3G_SM_DEACT TPS 3G SM DEACT. Figura 2.14 TPS de SM para un SGSN de 3G por evento. Finalmente si realizamos la comparativa entre el las TPS vs el CPU en uno de los servidores del SGSN de 3G (Figura 2.15), podemos ver que las TPS no sobrepasan el número recomendado y que la carga en el mismo no rebasa el 40%.. TPS. por servidor =. 4400 / 15. =. 293.3 [6]. 3G Transactions Per Second VS CPU Load en una un idad del SGSN 45. 40.0. 40 35.o. :::> ll.. u. .¡__.:..,.~ 4--+,l--+- ~ P !::..!Jl-- --i-l-~ +-- ~""--'.t-- -t-- --t- -:t-'----; 35. 30.0 1_ __:,f..--25.0 +-. -1----...;1-- +---,,-- + ---,r;.-- + ----if-- + ---;f-- ;---:t--. -. ~ 15.0 10.0. ~.l-- -4.J-_ __..i,..¡__ ___J~. 50 t --. - - --. - --. -. - - --. - ~~ 15 ~i --. 10. - - - - - - - - - - - - -~. 5 O. - -~ ~- --";~. -. - - -~. 00fmrmm'TTTTTIITTTTTmmmmrrrmmmT1TTI'rmrrmmrrrm'fflTTrrrmmm'"""ITTTTTmrn::!:""'::"''.'.!'""""":"'""!!:'";;;'~~~m ~. -. ~. N. ~. M. ~. M. M •. m •. ~. ~. ~. ~. ~. ~. M. ~. 30 cn 25. ~. ~. ~. ~. -. ~. ~. m. M O. ~. O. ~. -. N. ~. N. M M. ~. M. ~. ~. -. ~. ~. ~. --------,1. - - CPU LOAD. • • • • • 3G Transactrons PerSecond. PERIODTIME. Figura 2.15 TPS vs CPU LOAD en un servidor del SGSN de 3G. 25.

(28) Capítulo II Movilidad y Análisis de Cuello de Botella. Según lo observado, el tráfico de señalización es el cuello de botella para permitir o rechazar más peticiones de llamadas de datos. El CPU de los servidores en el SGSN se correlaciona directamente con el número de TPS, o interrupciones que recibe cada unidad. Debemos recordar que cada TPS dependiendo del tipo de transacción ocupa un porcentaje de CPU (34]; pero además, cierto porcentaje del CPU se utiliza en las conexiones directas a las BSC o RNC según sea el caso y que también el CPU tiene funciones como el comunicarse con otras unidades para por ejemplo traspaso de estadísticos que nos permiten obtener estos gráficos.. 26.

(29) Capítulo 111 QoS en LTE. Este capítulo explicará el funcionamiento de los eqmpos para redes LTE (Long Term. Evolution), el nuevo estándar para rédes celulares de 4ª generación. Se incluirá un capítulo para mostrar cómo es que se llevará a cabo el QoS (Quality of Service) y además un comparativo con el tratamiento del QoS en las redes 3G.. El cambio evolutivo en las redes celulares ha hecho que no sólo los elementos de red cambien en capacidad y funcionalidades; sino que también el manejo del QoS haya tenido que evolucionar a medida que cambian los requerimientos de los usuarios y la demanda en calidad de servicio.. 27.

(30) Capítulo m QoS en LTE. 3.1 Definiendo L TE UTRAN LTE (UMTS Terrestrial Radio Access Network Long Term Evolution) hace referencia a la evolución de la tecnología de acceso en el estándar 3GPP (siglas) y es considerada sucesora del sistema UMTS. LTE en el estándar 3GPP está alineada con SAE. (System Architecture Evolution) en el estándar 3GPP [27].. La interfase aérea en LTE ofrece una gran gama de anchos de banda y soporta tanto FDD. (Frequency Division Multiplexing) como TDD (Time Division Multiplexing). Además hace uso de tecnologías como OFDMA (Orthogonal Frequency Division Mu/tiple Access) y MIMO (Mu/tiple Input Mu/tiple Output) y gracias a ellas LTE ofrece velocidades de hasta 173Mbit/s en DL (Downlink) y hasta 58Mbit/s en UL (Uplink) dependiendo de la configuración MIMO empleada (10 MHz, 20MHz).. La red de acceso de LTE es llamada Evolved UTRAN, ésta incluye un solo elemento de red, el eNodeB (Evo/ved Node B) o eNB, como se muestra en la (Figura 3.1). Este elemento de red realiza las funciones de packet-switched de una RNC (Radio Network. Controller) en una red tradicional 3G. L E a,r. -la. _,n_1·-err~ía_c_e_J__·. UE. Evolved UTRAN. Figura 3.1 Red de acceso L TE [tomada de 22] SAE en el estándar 3GPP está relacionado con la arquitectura de red del EPC (Evo/ved. Packet Core). La unión LTE/SAE en las especificaciones del estándar 3GPP versión 8 define la arquitectura del EPS (Evo/ved Packet System). El EPS incluye el EPC y el EUTRAN (Evo/ved UTRAN), como se muestra en la (Figura 3.2).. 28.

(31) Capítulo IlI QoS en LTE. \\3.'.·'.. \~. Figura 3.2 EPS, Evolved Packet Core y EUTRAN (tomada de 22]. El EPC incluye principalmente 3 entidades, una para la parte de control MME (Mobility Management Entity) y dos para la parte de usuario S-GW (Serving Gateway) y P-GW (Packet Data Network Gateway).. La arquitectura de red del EPC está basada únicamente en IP; por lo tanto, el EPC no está involucrado con la tecnología circuit-switched. Debido a esto los servicios de voz están basados en VoIP (Voice over !P). Para este caso, como alternativa, las terminales que sean multimodo podrán cambiar el acceso a 2G/3G en el caso de una llamada de circutswitched.. 29.

(32) Capítulo llI QoS en LTE. 3.2 Beneficios ele LTE EPS ofrece beneficios tales como: •. Flexibilidad para el uso de bandas de frecuencia, lo cual permite re-farming del espectro de 2G. •. Reducción de costos, debido a la reducción en tipos y números de nodos en la red , menor número de interfaces en la red de acceso de radio y el transporte basado en IP. •. Incremento notable en las tasas de DL y UL comparando con HSPA (High Speed. Packet Access), gracias al uso de OFDMA ( Orthogonal Frequency Division Mu/tiple Access) y MIMO (Mu/tiple Input Mu/tiple Output) •. Opciones de movilidad entre tecnologías , por ejemplo handovers a/desde otras redes de acceso como 3GPP2, WLAN (Wireless Local Area Netework) o WIMAX. (Worldwide Jnteroperabilityfor Microware Access) •. Baja o casi nula pérdida de paquetes durante los handovers. •. Baja latencia, debido al número reducido de nodos en la parte de usuano, beneficiando los servicios en tiempo real. 30.

(33) Capítulo 111 QoS en LTE. 3.3 Arquitectura LTE/SAE 3.3.1 cNodeB El eNB es la interfase aérea de LTE y además provee la funcionalidad de red de una RNC, es por ello que E-UTRAN no requiere un elemento adicional como la RNC. El eNB es responsable de la transmisión hacia el UE ( User Equipment) y de la recepción desde el UE. Esto involucra las siguientes funciones:. •. RRM (Radio Resource Management). •. Control de admisión. •. Control de canal. •. Ordenamiento de información de usuario. •. Control de la señalización sobre la interfase aérea. •. Cifrado de la información de usuario en la interfase aérea. •. Compresión del encabezado de paquetes IP sobre la interfase aérea. El área cubierta por un solo eNB puede ser dividida en una o más celdas, siendo 3 el número usual. La interfase X2, la cual se encuentra entre dos eNB, soporta los inter-eNodeB handovers, estos handovers pueden configurarse de manera ineficiente sin hacer uso de la interfase X2, como se muestra en la (Figura 3.3).. 31.

(34) Capítulo III QoS en LTE. .) J. Evolved Packet Core. .. 1. 1' 1 Evolved. }. UTRAN -~...,.. .J'. Figura 3.3 E-UTRAN (tomada de 22}. 3.3.2 MM.E La entidad de administración de movilidad MME (Mobility Management Entity) provee las funcionalidades del plano de control en el EPC. Este elemento de red: •. Genera identidades temporales y las aloja en UE ( User Equipment). •. Se asegura de que los usuarios en estado IDLE sean alcanzados. •. Administra y controla la señalización durante los handovers. •. Autentica al usuario, basado en la información obtenida del HSS (Home Subscriber. Server) •. Administra los canales en el plano de usuario. •. Administra la señalización NAS (Non-Access Stratum) y la seguridad. Es importante notar que ningún tipo de tráfico de usuario pasa por el MME. En la (Error! Reference source not found .) se puede observar el MME dentro del EPC.. 32.

(35) Capítulo 111 QoS en LTE. 3.3.3 S-PW Y P-GW El S-GW (Service Gateway) y el P-GW (Packet Data Network Gateway) proveen la conectividad en el plano de usuario entre la red de acceso y la red de paquetes de datos PDN (Packet Data Network), Internet o servicios IMS ( IP Multimedia Subsystem).. El S-GW es responsable de: •. Reenvío de paquetes. •. Ruteo. •. Almacenamiento y descarga de datos de UEs que están en IDLE. •. Sirve de punto de anclaje durante cNB handovers o handovcrs a o desde 3GPP non-LTE network. •. Sólo es posible un S-GW por usuario. El P-GW es responsable de: •. Dar direcciones IP a los usuarios. •. Políticas. •. Cobro (Charging). •. Sirve de punto de anclaje (non-3GGP). •. Es posible usar varios P-GW por usuario. En la Error! Reference source not found. podemos ver al S-GW y al P-GW dentro del EPS.. 33.

(36) Capítulo 111 QoS en LTE. 3.4 LTE QoS. En el sistema EPS (Evo/ved Packet System), las entidades básicas son llamadas canales EPS y estas son usadas para transportar los datos de usuario entre el UE ( User Equipment). y el PDN (Packet Data Network) Gateway o P-GW y como otra opción entre el UE y el SGW (Serving Gateway).. En la primera opción el túnel GTP asociado se extiende entre el eNB (Evo/ved Nade B) y el P-GW. En la segunda opción, el túnel GTP se extiende sólo al S-GW. Cada canal EPS puede sostener uno o más flujos de paquetes o flujos de datos. Un flujo de paquete está definido por: una quintcta de dirección IP fuente y destino, puerto fuente y destino y protocolo de capa 4 (TCP, UDP o SCTP).. Todos los flujos de paquetes pertenecen a cierto canal EPS asociado con un cierto nivel de QoS. Este flujo de paquetes con diferente nivel de canal y requerimientos de QoS deben ser llevados por diferentes canales EPS. Cuando un UE se conecta con una red de paquetes de datos PDN (Packet Data Network) un llamado canal default es permanentemente establecido para proveer una conectividad JP always-on con la PDN. Adicionalmente, canales dedicados EPS deben ser establecidos para el transporte del tráfico de datos de usuario con diferentes niveles de canal y requerimientos de QoS.. 34.

(37) Capítulo ID QoS en LTE. EPC. E,.UTRAN. UE. INTERNET. -·. PDlUNTITY. END TO END SERVICE QoS Prolie 1. P•dcet Fl- 1:. EPS BEARER 1 (DEFAULT). S ource P Otitinaion IP. S ou,cePort Oe:stinaion Port Protocol. EPS BEARER 2 (DEDICATED). RADIO INTERFACE. SI. S51S8. SGi. Figura 3.4 EPS bearers [tomada de 22]. 35.

(38) Capítulo III QoS en LTE. 3.4.1 Estructura QoS del EPS. A diferencia de 3G, en donde para establecer un QoS se asignaban varios campos, en LTE se asignan 4 valores: un valor llamado QCI (QoS Class Jdentifier), un ARP (Allocation and Retention Priority) y dependiendo si es un servicio de GBR (Guaranteed Bit Rate) o non-. GBR (no Guaranteed Bir Rate) se asignan los dos últimos valores.. En la (Tabla 3.1) podemos apreciar las diferencias entre 3G y EPS para el QoS. En la (Tabla 3.2) podemos ver los nueve valores definidos para el QCI dependiendo del tipo de. tráfico y en la (Tabla 3.3) podemos ver los 15 valores de ARP. EPS. 3G Valor Orden de entr a Tamaño máximo SDU lnfonnación de fonnato SDU ErrorSDU. QCI QoS Class ldentifier. ARP +. Para GBR: Máxima tasa Tasa garantizada. Para non-GBR: 1 Máxima tasa agregada (AMBR) 1. Máximatasa Tasa rantizada. Canal default EPS. Tabla 3.1 QoS 3G vs. QoS EPS [tomada de 22] QCI. Resource Pnon Packe!delay llUage! ty tvPe. Pacta emir loss ra1e. Example Appt,catJon. GBR. 2. 100ms. 1e-2. 2. GBR. 4. 150 ms. 1e-3. Conversatlonal Video. 3. GBR. 3. 50ms. 1e-3. Real..tJme gammg. 4. GBR. 5. 300ms. 1e-6. NOn-corritersatiOnal Video. 100ms. 1e-6. IMS signalbng. 6. 300ms. 1e-6. Vl<leo. www. emall, ftp. 5. Non-GBR. 6. Non-GBR. Conversatlon vo,ce. 7. Non-GBR. 7. 100ms. 1e-3. lnteracnve gammg. 8. Non-GBR. 8. 300ms. 1e-6. Video,. 9. Non-GBR. 9. 300ms. 1e-6. \fideo. www. ema11. ftp. www. ema,1. np. Tabla 3.2 QCI [tomada de 22]. 36.

(39) Capítulo III QoS en LTE. Pnondad. Canal Non-GBR Canal GBR Puede adelantarse IVulnerabl, Puede adelantarse !Vulnerable SI Resevado oara seNicios de red ao si SI SI no Prioridad 1 usuario de no l rafico de video home A no Prioridad 1 usuario de trafico de video home B SI Sl Prioridad 2 usuario de no trafico de video Prioridad 2 usuario de trafico de video SI no SI no Prioridad 3 usuario de no trafico de video homeC Prioridad 3 usuario de trafico de video home O visitanle A SI no SI no Prioridad 4 usuario de no trafico de video Prioridad 4 usuario de trafico de video si SI no visitante B no Prioridad 5 usuario de no trafico de video PShomeA no sí SI no E911 SI no si no GBR íllamadas de vozl PShome B GBR (no llamadas de voz y señalización no sí SI IMSl PShome C llO Subscriptor general de datos y PS.,sitanteA no si no señalización IMS Ps otro A si PS otro B PS visitante B no si no si Llamadas de voz no no Resevado oara senncios de red si si no si no si Resevada o·ara seNicios de red Priority 1 usuarios comerciales de no si no trafico de video Usuario comercial no si Prioridad 1 usuarios comerciales de trafico de video Prioridad 2 usuarios comerciales de no trafico de video si no si Usuario comercial no Grupos de usuanos. -. .. 1 2 3. 4. 5 6. 7 8 9. 10 11 12 13 14. 15. "". "". Tabla 3.3 Mapeo ARP [tomada de 24). 3.4.2 Control QoS en EPS El control del QoS en EPS puede ser implementado en varios nodos de red en diferentes niveles, el control de QoS toma lugar en el nodo PON (Packet Data Network) Gateway y en el nodo eNB (Evo/ved Node B). En el caso de los canales non-GBR, valores separados de DL (Downlink) y UL (Uplink) son usados para el flujo de tráfico en el P-GW y en el eNB. En otras palabras, el perfil QoS incluye en total 4 valores AMBR (Agreggate Max Bit Rate). A nivel de transporte, el control QoS está basado en mapear el valor QCI asociado con el canal EPS en los seis bits del campo DSCP (Differentiated Service Code. Point) contenido en el encabezado del paquete IP. Los routers en la red IP toman esta información en cuenta cuando enrutan los paquetes a su destino. Los paquetes marcados con alta prioridad son encolados en filas de alta prioridad por lo que experimentan menos tiempo en los routers. El mapeo QCI-DSCP está especificado en el P-GW para el tráfico de DL y en el eNB para el tráfico de UL.. 37.

(40) Capítulo 111 QoS en LTE. El control QoS también puede ser apiicado en la interface de radio. Esto requiere mapeo entre los parámetros QoS y la prioridad en el eNB.. En resumen, el control de QoS puede ser aplicado en tres niveles: A nivel de canal A nivel de transporte A nivel de interfase de radio. El meca111smo de aprovisionamiento de QoS puede ser dividido en procesos de señalización del plano de control y funciones del plano de usuario.. Procesos de señalización en el plano de control: El controlador de políticas (usa reglas de control de políticas y "charging") en la red determina el manejo de cada flujo de paquetes para cada suscriptor concordando con los parámetros de QoS asociados. El PPC (Policy. and Charging Control) envía las reglas al Gateway para establecer un nuevo canal o modificar uno ya existente o para sostener un flujo específico de paquetes o modificarlo. El flujo de paquetes es descrito por los filtros de paquetes de UL ( Uplink) y DL. (Downlink). El nivel de petición del canal es reenviado a la parte de radio LTE y a todos los nodos involucrados hasta la terminal. En suma a estos procesos de señalización dinámicos de plano de usuario, el operador debe hacer una configuración semi-estática de las funciones de QoS directamente en los nodos.. Funciones en el plano de usuario: La configuración de los nodos de red los habilita para las funciones de QoS en el plano de usuario.. El éxito de la estandarización de un QCI con sus correspondientes características,. es. asegurarse de que las aplicaciones y/o servicios mapeadas a ese QCI, reciban el mismo mínimo nivel de QoS en redes multivendor y en el caso de roamming.. 38.

(41) Capítulo 111 QoS en LTE. Mientras que el QCI especifica el tratamiento que deben recibir los paquetes dentro del canal en el plano de usuario, el ARP (A!location and Retention Priority) especifica el tratamiento que deben recibir los canales en el plano de control.. ARP habilita el sistema EPS para diferenciar el tratamiento en el plano de control relacionado con el setting up y la retención de canales.. El ARP es usado para decidir cuando una petición de modificación de canal puede ser aceptada o debe ser rechazada debido a limitación de recursos.. El ARP puede ser usado para decidir qué canal liberar mientras existan limitaciones excepcionales de recursos.. El ARP debe contener un número escalar, el cual da la información a cerca del nivel de prioridad, una bandera de pre-emption 1 de capacidad y una bandera de pre-emption de vulnerabilidad. El principal propósito del ARP es decidir el establecimiento o modificación de un canal; esto es, decidir cuándo puede ser aceptada o rechazada la petición por causas de limitación en los recursos (normalmente en radio en caso de canales GBR). El nivel de información del ARP es usado para asegurarse de que el canal con más alto nivel de prioridad tiene la preferencia.. El ARP puede ser usado también por el eNB para decidir qué canales desechar durante ocasiones excepcionales de limitaciones de recursos como por ejemplo en un handover. La información de la bandera de capacidad del ARP puede decidir cuando un canal con un bajo nivel de prioridad puede ser desechado para liberar los recursos requeridos. La información de la bandera de vulnerabilidad define cuando un canal puede ser elegido para desecharse por la bandera de capacidad por un canal con un valor de ARP con mayor prioridad. Cuando un canal se establece exitosamente, el ARP no debe tener ningún impacto en el nivel del tratamiento del canal (por ejemplo: tasa de control y scheduling).. 1. Bandera de aviso. 39.

(42) Capítulo lll QoS en LTE. El tratamiento de ese canal debe ser determinado por los parámetros de QoS: QCI, GBR, MBR y AMBR. El ARP no está incluido en el perfil enviado al UE.. El ARP debe ser entendido como "Priority of Allocation and Retention" y no como. "Allocation and Retention Priority".. En este capítulo hemos cubierto la red LTE y los equipos que harán que esta red celular funcione. Además vimos como se dará el trato al QoS en comparación a la red 3G. También incluimos el proceso de QoS en un canal LTE y la importancia del parámetro ARP para brindar el QoS y así el usuario final perciba un QoE bueno.. 40.

(43) Capítulo IV Modelo Matemático En éste capítulo culminaremos con la investigación, y ya que tenemos definido que la señalización es el cuello de botella de las redes celulares actuales y lo será para las redes celulares futuras, modelaremos el comportamiento de estos mensajes de señalización con datos reales.. Se han realizado diversas investigaciones y modelos del comportamiento del tráfico de redes celulares, muchos de ellos basados en la teoría de colas como el caso del artículo de F. Huebner [261 y en el de Kumudu. S [37], ambos definen el modelo del tráfico de datos basados en procesos aleatorios. Existen también modelos realizados basados en cadenas de Markov [25], que muestran el movimiento de los usuarios y la saturación que existe en la parte de radio. Además Perera [33], nos muestra en su artículo la modelación de tráfico para el caso de la señalización de Twitter y ejemplifica cómo es que la llegada de la mensajería (señalización) son arribos exponenciales aleatorios.. Basados en estos artículos, tendremos como premisa principal que la red de datos celulares y en particular el cuello de botella, identificado en los capítulos anteriores, se comporta como un servidor con cierta capacidad de atención y por lo tanto se aplicará la teoría de filas para modelar el tráfico que llega a este servidor y es atendido por él.. 41.

(44) 4.1 Modelo Matemático Vamos a iniciar el modelo partiendo de que las TPS (Transacciones Por Segundo) son las gráficas que vamos a estar tomado en cuenta; ya que como habíamos visto en capítulos anteriores, las TPS miden las transacciones por segundo de la señalización o de control mismas que hemos definido como el cuello de botella.. El modelo que proponemos es en base a la fórmula de las TPS: TPS TOTALES = TPS MM + TPS SM. TPSMM=EVENTOSATTACH+EVENTOSOETTACH+EVENTOSRAU. TPS sM = EVENTOS POP CONTEXT ACTIVA TION + EVENTOS POP CONTEXT MODIFICA TION + EVENTOS POP CONTEXT DEACTIV A TION. Imaginemos que el SGSN en 2G/3G o el MME en LTE es una caja con "n" servidores a la que le llegan "m" transacciones de movilidad y de sesión en una fila, como se muestra en la (Figura 4.1). Vamos a basar el modelo en la teoría de filas/tráfico, la cual pe1mite analizar el comportamiento de un sistema con filas. Las redes telefónicas de datos pueden trabajar con bloqueo de llamadas o a la utilizar colas en espera. El SGSN/MME hace uso del bloqueo de llamadas (rechazo de llamadas de datos).. 42.

(45) NJt). µ w. T N(t) Figura 4.1 Modelo de Filas para "n" servidores [tomada de 35]. S¡ = tiempo de arribo del la i-ésimo transacción A.= tasa de arribo (transacciones/segundo). µ = tasa de atención t. = tiempo de servicio. Ab = tasa de bloqueo w. = tiempo de espera en la fila. T = tiempo total del i-ésimo cliente en el sistema N(t). = número de clientes en el sistema en el tiempo t. Nq(t) = número de clientes en la fila en el tiempo t. La notación de Kendall [36] para un sistema general de formación de filas es: A/B/C/D En donde: A - distribución de llegada B - distribución de servicio C - número de servidores D - capacidad de los servidores. 43.

(46) Para nuestro modelo, tomaremos en cuenta que:. A = M, que quiere decir que las transacciones llegan de acuerdo a una distribución de. Poisson. y. los. tiempos. de. interarribo. son. variables. aleatorias. exponenciales. independientes, idénticamente distribuidas (iid).. B = M, que quiere decir que los tiempos de serv1c10 son variables aleatorias y exponenciales (iid).. C = m, O... i6, que es el número de servidores con los que cuenta actualmente el SGSN. D = e, 275 Transacciones por segundo, por servidor. La disciplina de filas especifica el orden en el cual los clientes, en este caso transacciones, son atendidos. Las siguientes disciplinas pueden ser usadas:. a) FIFO (First In First Out) - Primero en llegar, primero en salir b) UFO (Last In First Out) - Último en entrar, primero en salir e) RSS (Random Selection Service) - Selección aleatoria. El SGSN/MME utiliza la disciplina FIFO. El modelo de acuerdo a la notación de Kendall, quedaría de la siguiente manera:. M/M/m/c. De acuerdo a lo anterior y a la (Figura 4.1), el tiempo de total del servicio es la suma del tiempo de atención más el tiempo en espera.. T¡=w¡+T¡. 44.

(47) Desde la perspectiva del cliente, el desempeño (performance) del sistema está dado por: a) Las estadísticas del tiempo de espera (w) b) El retardo/tiempo total del sistema (T) e) El porcentaje/porción de clientes que son bloqueados o rechazados p.b/J.). Desde la perspectiva de la asignación de los recursos, el desempeño (performance) del sistema está dado por: a) La porción de tiempo que cada servidor es utilizado b) La tasa a la cual los clientes son servidos por el sistema (AJ= A-Ab = µ) c) Número de clientes en el sistema en el tiempo t (N(t)). Para este tipo de modelo, están han establecido las siguientes relaciones de acuerdo a la Teoría de Little [35][36]:. B 1. NQ~AW. 1. N- promedio de TPS (peticiones) en el sistema T- promedio del tiempo de las TPS (peticiones) en el sistema A- tasa de arribo NQ- promedio de TPS (peticiones) rechazadas W - promedio de tiempo de espera de rechazo De las variables arriba mencionadas conocemos N, A y NQ; por lo tanto nuestro interés está en obtener el modelo para T y W.. 45.

(48) Para sistemas que alcanzan el estado estable [36]:. E [N] ='A.E [T]. N{ti - A (t) - D (t). A (t). D (t). ith diente/ h·.:1nsaHión - - - - ~. 1th <llente,f tr an<,ac ción. IIE'¡;.lndo .:11 tiem1>0 S,. ,;.1lit>ndo al tiE-mpc, D,. Figura 2 Diagrama del Sistema de Filas [tomada de 35). De la (Figura 2), N (t) = A (t) - D (t). Considerando el número de clientes en el sistema evaluado en el intervalo [O, t] [36],. Nt = 1/t JN(t) dt , evaluada en el intervalo de O a t. Evaluando en el tiempo instantáneo t =. to, para el cual N (t) =. O [36],. <N>t = (lit) ¿T¡, desde i = 1 hasta A(t), número de clientes en el sistema. La tasa promedio de arribo [36],. <'A.>t = A (t) / t. 46.

(49) Utilizando la fórmula de Little [36].. <N> 1 = <A>t [l/A(t)][¿T¡], desde i = 1 hasta A(t). Para que se cumpla la condición de estado estable t----. oo; entonces [36],. <N> 1 ----. E [N]. <A.>1---+ A <T>1 ----. E[T]. E [N] = A E[T] , número de clientes/transacciónes promedio en el sistema. E [Nq] = Ab E [w ], número de clientes promedio en la fila /bloqueados o rechazados, ya que no tenemos fila. E [Ns]=. "-b E[1], número de servidores ocupados en el sistema en estado estable= número promedio de clientes en servicio. Para un solo servidor tenemos que, está libre o está ocupado (O, 1); así que, E[Ns] representa la porción de tiempo que el servidor está ocupado. Si PO= P[N (t) = O] denota la probabilidad de que el sistema esté vacío en estado estable [36].. !-Po= E[Ns] = A E[1] P 0 =1-AE[1]. !-Po denota la porción de tiempo en el que el servidor está ocupado, Por ésta razón se define [36],. p = A E [1], utilización del sistema con un solo servidor 0. 47.

(50) p. = (A E [ t]) / c, utilización del sistema con c servidores. Empezando con un modelo M/M/l; es decir, procesos de arribo de Poisson a una tasa A y tiempo de interarribo W., tiempo de servicio exponencial de variable aleatoria iid con media 1/µ y un servidor con fila infinita; debe cumplirse que [36],. p=A./µ<l. Ya que es un sistema estable en el que N (t) no crece sin límites, además µ es la tasa máxima a la cual los servidores pueden procesar clientes/transacciones; entonces la tasa de arribo debe ser menor a la tasa máxima de servicio [36],. "- <µ. E [N] = LiP [N(t) = j] = p / (1-p), evaluado desdej = O hasta oo. E [N] = p / (1-p ), número promedio de clientes en el sistema y N tiene una distribución geométrica. El tiempo promedio o retardo promedio del cliente en el sistema está dado por [36],. E [T] = E [N]/ A= [p / (1-p)] /A= [p/A] / [l-p] = [!/µ] / [1-p] = [E [1:]] / [1-p] = 1/(µ-A). E [T] = ! /(µ-A). 48.

(51) El tiempo en la fila está dado por [36],. E [ w] E [w]. = E [T] - E [-r]. = [p / (1-p)] [E[-r]]. El número de clientes en la fila está dado por [36],. E [N q] = AE [w] p = Alµ, utilización en el sistema. E [Nq] = [p 2/(l-p)]. 4.2 Modelo y simulaciones en Matlab. Basándonos en que nuestro aproximación del modelo será de la forma M/M/m/c, lo primero que necesitamos es obtener los arribos al sistema y las salidas del sistema después de ser atendidas las TPS (Figura 4.1). Para obtener los arribos requerimos que estos sean confonne a una distribución de Poisson y. los tiempos de interarribo sean variables. aleatorias exponenciales independientes, idénticamente distribuidas (iid) (Figura 3).. Una vez que tenemos los arribos, ya que conocemos la tasa de servicio y calculando el tiempo de servicio, podemos obtener las salidas del sistema (Figura 4.4). Con los valores de Si(t) y Di(t) podemos ahora obtener la eficiencia, el número de TPS y el tiempo de servicio del sistema. Primero simularemos para un solo servidor con capacidad finita y sin fila.. En la (Figura 4.5) observamos que la utilización del sistema se incrementa conforme llegan más TPS al SGSN/MME y el tiempo de servicio es más grande conforme la utilización del sistema es mayor (Figura 4.6). Para un sistema con un solo servidor, la. (Figura 4.7) muestra el comportamiento.. 49.

(52) 5 4.5. -. 4. -. E 3.5 Q) ¡¡; >, en 3. -. -. e. -. o (/). a. 2.5. ....o. -. 1-. ..... -. 2. Q). ..a. E. ::, z 1.5. -. 0.5 '. '. ' 2. '. '. 4. 3 Time. 5. 6. Figura 3.4 Arribos al sistema. 6. ' Si (t). 5 E a,. V). >,. 4. ~. en. T4. e. Di (t). o. en. 0. 3. -.... 1-. T3. o. Q). ..0. E 2 ::,. z. T2. 1 T] 1. 5. ' 15. '. 10. '. 20. 25. Time Figura 4.4 Arribos al sistema y salidas del sistema. 50.

(53) 250 ~-......--~--~-~--- - ~ - ~ - - - - ~ - -. '. E. Q). °[ 200 (1). w. -. ~ ~. z. 150. C/). (!) (1) (1). .s::. le 0. (1). -. 100. a.. 1-. ._. ....o. Q). ..e. E. 50. ::::,. z. 0.1. 0.3. 0.2. 0. 4. 0.5. 0.6. 0.7. 0.8. 0.9. Utilization Figura 4.5 Utilización del sistema vs número de TPS en el sistema. 00. 25 ~-......------.--......------.--......--~--~-~--~- ~. -o e o u Q). (1). .!:. 20. E Q) 1i,. >,. (1). ~ ~. 15. z. (1). (!) (1). ~ le. 10. ci. , ~ ~'. o. >,. ..!!! Q) -o (1). íJ ~ e30' \ /. 5. a.. 1-. t'.J. GJEI. (ij. o. 1-. O L..__. o. 1,,;, m:1--- - ''' - - - - - ''' - - - - - ' ' - - - ' - - - - - ' - - - ' - -- _ _ ._. 0.1. 0.2. 0.3. 0.4. 0.5. 0.6. 0.7. 0.8. _. _,___. __,. 0.9. Utilization Figura 4.6 Utilización del sistema vs tiempo de servicio de las TPS. 51.

(54) 9i;::====.-----.--.--.--.--.--.--.---, - - K=1. e. -----t-- ---- ------ -¡-------~-- ---- ------ ------ --- --- -~ ---. .. '. '. ' ' ' 7 ...... :' . . . . . . • ..... ·:·' ...... '~ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..... -: . . . . . . . .. . . 6 "0. .E. 5. .... .. . .... . •..•... - ---·- ...... -- --- -~--- -- - -- - - .. .. '' .. -----+- ----- -------:- ------:-----. - -. --. - - - . - -,-' . ---- -..- -- - - . ' ' . ' ....... ,' ............ .............. .,. ................. . ' ' ' ' . -. --- •. - -. . - ---- ---:-- --- --~-- --.. ---- 4------~------~---------. . .. ' .' . ' ' . '' .. .' . -------~--- - - -~-- - --.' .' ,. 3. 2. • . • • .. ., . . . . . . • •r ..... • .... -----f-- - --- - - -- -- -:-- - ---- :+. 1. ----:------1-- -- ---:--- ----:------- ----•. 1. •. •. 1. •. 1. 1. •. •. •. 1. 1. 1. 1. 1. J. 1. 1. 1. 1. 1. • • • • • • t " • • • • • 1. 1. 1 1 1. t 1 1. 0.1. 0.2. 1. • • • • • •r • • • • • • • • .. • • •'" ,. . • • • • • ., .. • • • •" •r " • •,. • •. • • • • • •. 0.3. 1. 0.4. o. 1. 1. 1. 1 • t. 1. 1 1 1. • t 1. 0.7. O.B. 0.5 0.6 Utilizat1on. 0.9. Figura 4.7 Utilización para un servidor vs la carga de TPS que llega al sistema. Una vez que hemos modelado el sistema para un servidor sin fila, ahora vamos a extrapolarlo para tener C servidores sin fila. De la familia de curvas resultante de la simulación de la (Figura 4.8) podemos ver cómo se comporta el sistema dependiendo del número de servidores y la (Figura 4.9) nos muestra la pmf, probabilidad de bloqueo o rechazo para una capacidad de k= 1 a 15 servidores.. 52.

(55) 10...----------.---...-----.---. . . . ----- - K=1. ,:, ('l. J2. ..., Q). ·i::. is (.). 9 --8 --7 --6 --5 -4 -. K=2 K=3 K= 4 - - - - - . -:-' - - - - - -:- - - - - . K=5 K=6 K=7 K=B K=9 K= 10 K=1 1 K= 12. 3 2. 1. o o. 0.1. 0.2. 0.3. 0.4. 0.5. 0.6. 0.7. 0.8. 0.9. Utilization Figura 4.8 Utilización del sistema dependiendo del número de servidores. 0,7 .---- - - - - - ~ - -- - - -----..- - - - - - --,. 0.6 0.5. r 1. 0.4. 1 1. 0.3. 1 1. 0.2. 0.1. 1. • 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. ' 1. • 5 10 Capacity oí the System P[N=kJ. 15. Figura 4.9 pmf para K=l a 15 servidores. 53.

(56) Conclusiones. Actualmente los operadores de red dimensionan la misma en base al tráfico de usuario y en ocasiones los usuarios no llegan a establecer ni siquiera el registro a la red debido a la saturación ocasionada por múltiples peticiones de contexto, de registro, de reubicación, de reconexión, de keep alive; es decir de trafico de señalización, también conoc.ido como tráfico de control.. Para redes 3G y futuras redes celulares, la cantidad de usuarios móviles irá en aumento y cada vez estos usuarios móviles demandarán servicios de always on para aplicaciones como twitter, facebook y descarga de correo en sus terminales conocidas actualmente como "smartphones".. Podemos decir, que tanto en 2G, 3G y LTE un equipo es la puerta de entrada a la red; esté equipo el cual se encarga de la señalización es el estudiado SGSN (para redes 2G/3G) o MME (L TE). El presente trabajo se enfocó en estudiar las transacciones en este equipo y cómo es que estas se relacionan con la carga de CPU.. Hemos concluido nuestro trabajo de investigación con un modelo matemático el cual nos muestra en base al tráfico de señalización (control) cómo es que una red celular puede congestionarse y ocasionar rechazos de activaciones de contexto y de registro de usuarios en la red.. La calidad en el servicio que experimenta el usuario es deficiente cuando éste debe esperar para ser atendido. En éste punto el usuario ni siquiera ha establecido un canal con el cual se le pueda ofrecer el QoS prometido. Sin embargo, para el usuario el servicio recibido será percibido como mala calidad.. 54.